杜克大學為可生物降解的醫療植入物開發新型無溶劑3D打印材料
時間：2024-10-30 08:54 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
△這項研究的詳細內容發表在《應用化學國際版》上，題目為“可降解聚（烯丙基縮水甘油醚琥珀酸酯）的合成及無溶劑DLP 3D打印”（傳送門）
技術研發背景
增材制造技術已經深刻變革了多個行業，并預計將在未來繼續擴大其影響范圍。盡管公眾可能更熟悉噴墨打印機樣式的3D打印機，但另一種增材制造技術——數字光處理（DLP）也正以其獨特優勢嶄露頭角。DLP技術在工業和牙科領域得到了廣泛應用，它的核心原理是利用光固化技術將液態樹脂逐層轉化成固態部件，形象地說，就是從一層薄薄的樹脂池中“拉出”實體物體。
然而，DLP打印面臨的一個主要挑戰在于樹脂必須具備極低的粘度，幾乎與水相當，以便在高分辨率下正常工作。許多適用于DLP打印的聚合物原本是固體形態或過于粘稠，因而需要添加溶劑以達到適當的流動性。
目前存在的問題是，引入這些溶劑會帶來顯著的缺點，例如可能導致零件在打印后出現高達30%的收縮，以及溶劑蒸發過程中產生的殘余應力，這些都會影響最終產品的尺寸精度。
這種無溶劑聚合物的優勢在于它能夠消除因溶劑蒸發而導致的殘余應力和收縮問題，從而提高打印部件的尺寸精度。此外，它還改善了部件的機械性能，并保持了在體內降解的能力，這對于醫療應用尤其重要。這種新材料的開發標志著DLP技術在醫療、工業和其它應用領域的一大進步。
△樣件通過數字光處理技術和新型無溶劑樹脂打印而成，展現了新材料能夠實現的精細細節
創新無溶劑DLP樹脂
該研究由MEMS博士候選人Maddiy Segal領導，并在Hugo L. Blomquist杰出化學教授Matthew Becker的實驗室進行。Segal表示，她致力于為DLP技術開發一種固有的薄而低粘度的材料，特別是用于可降解醫療設備。通過多次嘗試，Segal找到了最佳單體和合成技術，成功創造了一種新型聚合物，它可以在DLP打印機中無需稀釋直接使用。
采用新材料打印的測試部件，在測試中沒有出現收縮或變形，并且相較于使用溶劑制造的部件，它們展現出了更高的強度和耐用性。Segal的研究成果首次提供了通過消除DLP 3D打印中可降解聚合物的溶劑使用來提升機械性能的實證。
為了開發這種新型聚合物，Segal分析了Becker實驗室及其它研究機構開發的現有樹脂的結構與特性，并通過經驗性方法逐步調整單體和鏈長，以實現所需的低粘度聚合物。她的方法類似于“試錯法”，通過不斷調整聚合物的配方，直至找到理想組合。
這個過程類似于烹飪，需要混合特定的成分，加熱并測試結果，直至達到預期效果。總體而言，Segal嘗試了大約60種不同的配方，最終得到了她所期望的產品。
△新的合成方法示意圖。用于制備出一種低粘度、可降解的聚酯材料，并通過與特定交聯劑結合，形成一種無溶劑樹脂，用于3D打印
可生物降解的植入物
Segal說道：“除了制造一種既不收縮又更堅固的材料外，我還希望它能適用于醫療領域。我正試圖創造一種既具有生物相容性又可降解的原型設備。去除生產過程中的有毒溶劑將有助于實現這一目標。”
Segal的終極目標是將這項技術應用于可生物降解的醫療植入物。目前，一些用于制造臨時醫療植入物的材料是不可降解的，這意味著它們不僅需要多次手術才能植入，還需要額外手術才能移除。Segal的研究旨在開發能夠通過人體自然代謝過程降解的植入物。她補充道：“這項技術可以應用于任何類型的植入物，只要設計目的是在一段時間后自然降解，而不是永久留在體內。”
使用這種材料制造的設備可以植入人體，并設計成隨時間自然降解，避免了需要額外手術移除的需要。此外，它還可以作為骨粘合劑使用，暫時固定骨折，或者用于軟機器人領域，這些應用需要柔軟且可降解的材料。
(責任編輯：admin)
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